溜井中矿石移动的研究(四之二).pdf

溜井 中矿石移动的研 究 四之二 理论研究 溜井 中发生的情况 r 】 率东京 大学 工学部 资源开发 工学科茂 木源 人 等 3 ． 溜井 内矿石 的混合特性 5 ． ] 概述 石 灰石 等矿 山的 大型溜井 ，大 多数情 况 下 ，其下部 都 设有溜 口、料 斗和板 式给矿机 簿辅助 设备 ，溜 井和这 些辅助 设备组 成一个 系统 溜井 系统 。 因此 ，在 论述其 混合特 性时 ，需要考 虑 整个 系统 的特 性 。矿 石在 充 满矿石 的溜井 中下 降时 ，由于咬 合作 用 ，其 运动 的 自由度 主要限于溜 井轴轴 向，所 以在 溜井 中几乎 没有 径向速度 ，可 将矿 石流视 为 层流。 因此， 可以认为矿石在溜井内的混合， 主要是 由于 与在溜井 中下 降的矿 石 流流动方 向相垂直 的断面 例如在 垂直 溜井 情 况下 ， 即为水平 断面 ， 以下 称直 交 断面 内下 降速 度 分布不 均所 致 。就造 成下 降速度分 布不均 的原 来 砚， 可以认 为是 由亍路径直 径的 变 化及 岩块相 互间的摩 擦 阻力随直 交断面 内的 位 置的 而产生不 均匀现 象等 引起的 。 有关料 斗和矿 仓等下 部开 口部分附近 的 粒状 物料移 动的研 究文献 ， 以前曾 看 过 许 多 ，这些 文献普遍 认为 ， 由于开 口部分 路 径 的缩小 ，在其 附近 ，路 径 内产 生 图1 6 所 示 的 下 降速 度分布 。但 关予包 括漓井在 内的整 个 系 统的混 合特 性 ， 以前未 进行过 系统的研 究 及现场 试验 。 国外盒属矿山 陴 线 目l 6 一 般 料 斗 内的 下降 速 度 分稚 关于 路径 内的移 动，在 粒度对路 径直 径 的影 响可 忽 略不计 或者 可忽略 颗粒间咬 合 的影 响那 种程度 和亚粉 体 情况下 ，下部 开 口部分路 径 的缩小 ，影 响直 交断面 内的下 降 速度 分布 的范围 ，大体 上来 说，可达路 径直 径的 3倍左 右 。在 漓井 巾 ，由于溜 口上 部 的 闸 门及漓 口下 部的缩小 ，在矿石 流 的直 交 断 面 内产生 均 匀的下降速 度 分布 。假 定将 这 一 垂直方 向的影 响 范围限 定为溜井直 径的 3 倍左右 ，而 且除此 之外冉 没有促 成直交断 面 内下 降速度 分布不 均的因 素 。在 这 种 情 况 下 ，溜井 的混合特 性 与榴井深度 无关 ，而H 取决 于涮 口附近 的特性 但在 象投到 溜井 内 矿 石那 样的块 状 ．而 且 其粒 度相对于所 在溜 升的直 径较 夫 ，各个矿 石块 的 移动方 向受咬 23 维普资讯 台作用限制的物料的情况下 ，由于主要是其 径向移 动受 限制 ，所 以要充 分考虑 到溜井下 部 缩小 漏斗 的影响可 涉及 到溜井 上部这 一 情况 。特 别是斜 井，除 这种漓井 下部缩小 漏斗 的影响 之 外，就整 个溜 井 来说 ，如 图1 7 所示 ， 顶板侧 和底 板侧 的下 降速度有 明 显的 差别 ，在 溜井 内避 一步 促进 ，混合 。可 以讽 为这 种斜井 顶底板 之 问的下 降 速 度 差 划 ，主要是 由于溜井 轴 向的岩块 问摩 擦 阻力 在 直 交断面 内位置 的差 别所 致 5 ． 2轴对称 下降速 度分 布 下面 试分析 在溜井 内的直 交断面 内存在 圈1 8 所示 的那 种 轴对称下 降速度 分布 时的溜 井 混合特 性 。这 种下 降速度分布 ，是在 溜井 下部 路径 嚣整个 径 向方向 上 比较 均等地 缩小 时发生 的。这并不 只 限于垂直 溜井 。但 是， 在象部 分溜井倾 斜较 缓 其溜 口附近 顶板侧 的矿 石 流 比其他 径 向的矿 石流收缩 得小 时， 2 4 即使 减去 顶底 板方 向的下 降速度 差 ，下 降速 度 分布也不 会 是轴对 称的 。 直 径R m 、深度H m的 溜井 内的 任意直 交 断面 内的下 降速度 分布关 系 f l r ， 用距 溜井 中心 的距离r 表示 ，则为 f 1 r m 1一 m 2 x r 2 1 式 中； m， m n m z 0 n 0l 0 r 0，则计算 上的 溜 井 内平 均 流 速 V 2 为 V2 1 一m 3 R m ‘ 3 0 m 和m 必须根 据适 当条 件， 在满足 由式 2 4 求 得的V 等 于V 2 这一条件 下 来 确 定。在 这 种情 况下 ，xR／ 2 的流速最 好为 V 。 2 L I b顶 底 板方 向下 胯 速度 舟 布 形 成 的界 面 在具 这种 F降速度分布函数 的 溜 井 『 ，前述 的邵 种矿 石 的界面 ，随着时 问 的推 移 I 可发生 1 所示的 变 化 另 外，住 界 面 2 6 中 ，最先 到达漓 井下端 的是 直交 断面 内的顶 板侧 ，即底 板侧为 0的 向顶 板方 向 的x座 标 的XR部 分 ，将该 部 分到达 溜井下 端 的 时 间定为 时 间轴的 0点。 予 是 o ≤ t ≤ ⋯m R m 一 3 】 a m 4 在这 一 范围 内的任意时 间 ，正 在通过 溜井下 端直 交断面 的前 端距底 板侧 的位置x t 为 圳卜 等 3 2 也就是 说 ，到 时 间t 为 止，在 界 I 『 ，顶 板 侧 的矿 石比x t 处 的矿 石先通 过漓井 下端 直 交 断面 。因此 ，在 式 3 1 的那 一范 围 内 的任 意 时间t 时，在漓 井下 端直交 断面 内， 界 倚 上部矿 石所 占的比例 q 2 t 用 溜井 的 断面 形状 函数∈ x和 式 3 2 ff , x c 表 示 ，刚为 q 2 t 1 。 。 元 一 j R t x d x 3 3 在 圆 形溜井时 ，∈ x 为 ， 。 一 x 一 因此 ，将 其代入 式 3 3 并积 分 ，则为 q 2 { 孚 一 x t 一 ， √_x i t 矗 1 一R 。 ⋯cc。s 。 s ． 4 模型试验 为求 得垂直 溜井 及斜涮井 I { I 的 定性下降 速度 舟布 ，利 用具 丰 l_ i 同排 矿部 分的罨直溜 1 9 8 9 年第 6期 维普资讯 井 和斜 溜井 的按 比例缩小 的模型 ，进行 了基 础 的实 验室 试 验。试 验时，对 于除漕井 倾斜 度 以外 的被 认为 是左 右溜井 中岩块 移动 的几 个 因素q ，特 别注意 到 因岩 块 相互 间 的咬合 作用不 同所造 成 的影 响 ，除溜井 倾斜度 和咬 台作用 之外 的因素有 粒子 的形状 、物理性质 和粒度 分布 等。为 丁尽 量排 除这些 因素不 同 所造 威 的影 响 ，试 验 时 ，使 用 了粒度 比较整 齐的玻璃 球，而 没有使 用矿石 。试验 装 置如 图2 2 所 示，在 比侧为 1 ／ 5 O 的实际沼井 溜 口部 分 的模 型上 部，通 过具 体有各种 角度 的连接 件 ，安 装长 2 m、内径为 8 ． 8 c m 的 丙烯 管。 l T 1 l l 1 l l - 图 2 2溜 口部 分 模 型 的大 致 轮廓 试验程 序如 下 1．卸掉 溜井部 分 ，从连接件 处装 入玻 璃球 ，直 到 连接 件 上端为 止，用 玻 璃 球 填 满 。 2．将 与溜 口部 分 相连 的被 当作 板 式给 矿机 的小型 带式 输送 机 的速度 ，调到 适 当的 国外盒曩矿山 速度 ，将 玻璃球 灼上 端摊平 ，并将 其拉到溜 口上 端 的基 准高度 定为 0 c m 。 3．在基 准高度 处 ，装入 1 ． 5 c m厚 的涂 上黄 色 的玻璃球 以区别于 其它 玻 璃球 。 4．安 上丙烯 管 ，从 上 部下放 装 有玻璃 球的特 殊 容器 ，放 到涂 色玻璃 球附近 时 ，在 注意不 要将其 弹 出去 的情况下 ，将 容器 小的 玻 璃球放 到涂 色玻璃 球 的上面 5．在 离基 准高度 1 0 0 c m和 1 9 5 c m 处 ， 分 别将 涂 上其它色 的 同量 玻璃球 均匀 地夹入 水平 断面 内 。 6．用小型 带式 输进 机 以一 定速度将 置 入 物拉 出，对排 出的玻璃 球 一 定 的间隔连 续取样，并对其重量及其中所台涂色玻璃球 的 数量进 行计量 上 述试 验是针 对垂直 溜井 和斜溜井 倾 角7 5 的各个 情 况分别 进 行的 ，使用 了 平 均粒 度为 1 5 、1 2 ． 5 、1 0 、 7、 5和 3mm 的 6种 玻璃球 。每 一层 的涂 色玻璃球 的数 量 ， 平 均粒度 1 5 mm的3 6 个 ，1 2 ． 5 mm的 6 5个 ， 1 0 ram的1 0 O 个 ， 7 mm的4 5 0 个 ，5 ram的9 5 0 个 ， 3 mm的I 5 0 g 约4 5 0 0 个 ，差 别相 太 ， 特 剐是粒度 火 的， 结果 的差 别更 火 ，所 以， 在相 同条 件下 ， 分别对 1 0 mm以． kff ,j 进 行 了 3次 试验 ，对 7mm的进 行 了 2次 。 5 ． 5 试 验结果 和 分析 图2 3 a ～ I 所 示为 相对 于 已换算 成实际 溜井累 计排矿 量 的涂 色玻璃 球 的累 汁 出现 量 ， 即溜井 的混合特 性 曲线 横 轴表示 各 层的 、 以涂色玻璃 球最初 出现 时为零 的累 汁 排矿 量 已换 算成 实际溜井 的累 计排矿 量 ， 全标度 的值 均为3 0 0 0 t 。纵轴表 示每 一 层 使 用 的涂色玻璃 球的 总量为 1 0 0 ％ 的各 层 涂 色 玻璃球 的累计 出现 量 。发现玻 璃球在排 矿过 程 中进 入死区很 长 时间才 出现 的， 占全体 的 5 左 右 ， 各层都 是如此 。 我们未将 这 部分加 到累计 出现量中，而将其作为未 出现处理。 27 维普资讯 阿2 3 a ～ f 为垂直溜井、 g ～ 1 为7 5 。 J} 勺 斜 溜井的试验结果 平均粒度 】 O mm以上 盼三 次、 7 mm的两 次 的试 验 结 果都表 示在 同一 图上 。为方便 起 ， 我们是 通过最 小乘法 ，用式 2 7 的关系来表 示 图巾实线 表示 的溜 L - I 上部 ， 点划线表 示的 1 O O c m、虚 线表 示 的1 9 5 c m的各层 数 据 的 。另 外，从试验巾观察到 ，垂直溜井中玻璃球的 下 降 速度 分布 对称 于溜井 r f Z ,, t f ；h ， r J c 心部 分 的下降速度，就溜井巾整个压间的平均值来 说．耍 比最外 层 的快 2 0 ～2 5 。 就倾 角为7 5 。 旧斜 溜井来 说 ． 由于 除垂 直 时的速度 分布 外． 在顶底 板方 向也 产生 速 度差 顶板侧 快 ， 故下 降速度 分布 呈二 次元扩散 状 态 ，很 复 杂，涂色玻璃球在穗井 由的分散程度，与垂 直溜井的相 比，各种粒度的玻璃球都有增大 ’一 1 ． 2 8 1 9 8 9 年第 6期 一 一 一 翌 ≯ 一 ～ 掌 ， ．f ， 一 ～ 维普资讯 嚣 广 荔蕊 j i _ _ m j 嗒 一一 的趋 势 。 现假设 在垂 直溜井 情况下 ， 由于溜 口和 漓井的连续性，流动速度分布在溜口内也是 轴对称的，刚溜井上部g 5 e m处的涂色 玻 璃 球 层的分散 ，可 用1 9 5 及l O O c m处 的玻 璃 球 层的累计j “ 现率的数据的时间座标轴方向的 差 表示 ，溜井 下部 l o O c m处 的 分 数，可 用 l O O c m层及溜 口上部层的数据的时间座 标轴 方向的差表示。图2 4 的圆点表示 图 2 3 c 圈上的 每1 O 累计排矿 量的这 种差 ，它 是在 全标 度 为l O 0 0 t 的 图上 绘 出的 。图 中的 虚 线 及 实线所 表示 的这种值 ，是在 漓 井 上部H 9 5 r n 、下部 H1 O O c m这一 嗣 定层 的 情 况 下 ，通 过最小 二乘法 ，用式 2 7 的函数处 理过 的。 可将 这时 的各 区间 的m m z 、 和 n 值 代入式 2 I 所得出的结果， 视为上 部9 5 c m 区 间和下部 l O O c m区间 的平均下 降 速 度 分 布 。图2 5 a ～ f 所 示为根 据各种 平均 粒度 的结果 ，用 同样方 法所 求 得的区间平均 下 降速 度分布 ，它们 已经 以中心部 分的速度 为 1而 正规化 了。图为轴 对称 式 的，为方 便 起见，右半部分表示下部l O O c m、左 半部分 胃外盒一矿山 圈 2 3 表示上部9 5 c m间的平均下降速度 分 布。 在3 ram粒度的上部，几乎见不到溜 口 部 分 受干 扰 的影响 而呈 质 量流 的状态 。 下面 ，根据 这些速度 分 布 曲线 ，看一 看 溜 口g f 起 的下降速 度分 布干扰 的影响 范 围。 从 中可 看 出，在 溜井 下部 ，对 各种粒 度的都 有影 响。在 溜井上 部 ，其影 响 ，除平 均粒 度 1 5 ram的 以外 ，只 限于侧壁 附近 。另 外 ，还 可看 出，粒 子 问的咬 合作 用是 随着粒 度的 增 大而增大，但也可看出随着粒度的增大 咬 台作用的增大，从中心部分瓢周边部分的 速度梯度变得越来越平缓。这种影响在平均 粒度为l O mm以上的可见到，1 5 ram的 特 别 聃 维普资讯 了 。 { i 。 5 0 岍显 在 斜溜 井 小，其 顶底板方 向速度差 的影 响 ，无 论平均粒度 如何 ，都 波 及 到 整 个溜 井 ，所 以溜井 内的速 度分 布 均 匀度 ，就 总 体 来 说， 比垂直 溜井 的大 另 外 ，因平均粒 度不 同 引起的速 度 分布不 均匀状 态 之差 比垂 直溜井小 ，由此可 认 为咬合 作 用的影 响 璎 比垂直 溜井小 。 4 ． 在 质 量 管 理 方 面 的 应 用 求取溜井 混合特 性 曲线最 重要 的意义在 于，可据此在采场进行适宜的质量管理。一 般 认为，在 混合质 量不 同的矿石 而 出矿 时 ， 最理想的是尽量将 出矿 品位的波动控制在最 低 限度 而且 认为， 为此 要尽 量缩 小管 理单 位批量 。但实际上 果真 如此 吗 首 先 ，关 于 出矿 品位 的波动尽 量控 制到 最低 限度好这 ～ 想法 ，这 说到底 是应该在 考 30 围 2 5 虑从 工作 面到产 品 出厂摧 个工 序 的最 太 经济 效 益 之后 决定 的事情 H 】 矿 品位 波动的 调壮 不 成 该只 在矿 d ￡ 行 。应 该作从 lTf 1 面 列最 终产 品这一 矿石 流 中 没置～些 品位 波动调整 装置 。而 且 各个 装置 应该有 各 自的 容许 波 动 幅度 。如 果实际 波动 比该 容许 波 动幅度小 得 多时 ，可 以说其装置 是一种 浪 费。如 果 为控 制波 动再在 其它 地方 做一番特 别努力 ，其双 方都造 成浪费 。话题 又 阿到 溜井 上来 ，在溜 井 内矿石质 量波 动方 面，有 其容许 范围 ，应 该 在 其范围 内进 行最 经济 的管理 。为此 ， 丁 解其 容许 范 围 臼不 待言 ，掌握漓 井 内矿石 的 混合特 性也 是必不可 少 的 另 外， 出矿 品位 的 波动幅度 ，如 果 象一 般 所 认为 的那 样缩小管 理 睢位批 量 ，未必能 变小 。最 合理 的 管理单 位批 量的 尢 小，应该 取决 于 混合特 性 。 要 对 出矿 品位波 动进行适 当 管 理 ，首 1 9 8 9 年第 B期 维普资讯 1 铬 铁 矿 床 地 下 开 采 的 方 向 苏联 顿河采 选 公司采 矿 I 程 师 B． F． 杜德科等 顿 河 皿o H c K H e 铬铁矿 床 ，矿石 储 量 巨大 ， 品位高 J但矿 山地质条 件 复 杂 。因 此 ，需 要采 用综合 的方法 选择和 论证 这种矿 床 的开 采技术 方案 。 目前，公 司正在 向地下 开 采 过渡 。 “ 青年 ” Mo Ⅱ 0 A e mH a Ⅱ 矿 井 使用 分段崩 落法 开采 了第一批 试验矿块 。结 果 说明 ， 由于矿 体和 围岩 不够 稳 固，极 宜 使 用这种采 矿法 ，需要 迅速 寻求有效 的地下 采矿法 。 哈萨克 共和 国科学 院矿 业研 究所 Hr 一 , Ai t Ka 3 CCP 与 顿河采 选公 司协 作 ，完 成 了许多科研 工 作 ，寻求适 合于 “ 青年”矿 井 条件 的采矿方 法 。根 据研究 结果 ，制 定 了 一 整套 技术措 施 。在 顿河矿 区条 件下 ，实 现 这些措施 便可保 证 采矿效 率高 ，且 作 业 安 全 。 对 于厚度 大 于4 0 m 的矿段 ，或在 阶段有 效 高度为 4 0 8 0 m的 情 况下 ，建 议采 用 振 动 放 矿和单 步骤 回采的 阶段崩 落法 图 1 。 矿块 尺寸为 垂 直走 向长达1 0 0 m，宽6 O m， l 振 动 出矿 曲 阶段 崩 落法 1 由岩强 世| 2 一 放矿精 l j 3通风联崭道j 4～一B 且Ⅱy 扛 i 曲出 矿机 硐 生j 5 ⋯ 一运 输蠛 巷 9一 一通 风横 巷 J 7⋯通 风 』 、 行 ， 8 ～一集 中通 凡平 巷 0一 一 啦 绪平 巷， 1 0 斗到 先 ，必不 可少 的是 将包 括溜井 在 内的整 个 系 统 的 混合特 性 定量化 。其次 ，最好在 考虑 容 许波 动幅度 的情 况下 ，在工 作面 设计等 方面 进 行 合理 、垠 经济的 质量管 理 。 续完 冒外金厦矿 山 参考文献 略 译 自日本 石灰 石 ， 1 9 8 8 ， № 2 35 ， 1 7 ～ 3 5 孟 庆 仁译 王 锥如按 0l 维普资讯